مانند هر جسم دیگری، سیاهچاله ها برای رشد و شکل گیری زمان می برد. و مانند یک کودک نوپا با قد 6 فوت، سیاهچاله های بسیار پرجرم فن نسبت به سن خود بیش از حد بزرگ بودند – جهان به اندازه کافی پیر نبود که وزن میلیاردها خورشید را جمع کند. برای توضیح این کودکان نوپا، فیزیکدانان مجبور شدند دو گزینه ناخوشایند را در نظر بگیرند.
دهه‌ها پیش، شیائوهوی فان، ستاره‌شناس دانشگاه آریزونا، به کشف یک سری اختروش – سیاه‌چاله‌های پرجرم درخشان- کمک کرد که جوانی و اندازه شدید آنها با نظریه‌های استاندارد تشکیل سیاهچاله مخالفت می‌کند.عکس: تاد لاور
اولین مورد این بود که کهکشان‌های فن پر از سیاه‌چاله‌های استاندارد تقریباً به جرم ستاره‌ای که ابرنواخترها اغلب پشت سر می‌گذارند، شروع شدند. سپس با ادغام و جذب گاز و غبار اطراف رشد می کنند. به طور معمول، اگر یک سیاهچاله به اندازه کافی تهاجمی جشن بگیرد، ریزش تشعشع، نیش های آن را از بین می برد. این امر دیوانگی تغذیه را متوقف می کند و محدودیتی را برای نرخ رشد سیاهچاله ها تعیین می کند که دانشمندان آن را حد Eddington می نامند. اما این یک سقف نرم است: یک بارش مداوم گرد و غبار احتمالاً می تواند بر ریزش تشعشع غلبه کند. با این حال، تصور حفظ چنین رشد “ابر ادینگتون” به اندازه کافی برای به حساب آوردن جانوران فن دشوار است – آنها باید به طرز غیرقابل تصوری سریع پر می شدند.
یا شاید سیاهچاله ها می توانند بسیار بزرگ متولد شوند. ابرهای گازی در کیهان اولیه ممکن است مستقیماً به سیاهچاله هایی با وزن هزاران خورشید سقوط کرده باشند و اجسامی به نام دانه های سنگین تولید کنند. پذیرفتن این سناریو نیز سخت است زیرا چنین ابرهای گازی بزرگ و توده ای باید قبل از تشکیل یک سیاهچاله به ستاره ها تبدیل شوند.
یکی از اولویت های JWST ارزیابی این دو سناریو با نگاه کردن به گذشته و گرفتن اجداد کم نورتر کهکشان های فن است. این اجداد به هیچ وجه اختروش نیستند، بلکه کهکشان هایی با سیاهچاله های کمی کوچکتر در مسیر تبدیل شدن به اختروش هستند. با JWST، دانشمندان بهترین شانس را برای شناسایی سیاهچاله‌هایی دارند که تازه شروع به رشد کرده‌اند – اجسامی که به اندازه کافی جوان و کوچک هستند تا محققان بتوانند وزن تولد آنها را تعیین کنند.
این یکی از دلایلی است که گروهی از اخترشناسان تحقیقات علمی انتشار زودهنگام تکامل کیهانی یا CEERS، به رهبری دیل کوچوسکی از کالج کولبی، زمانی که برای اولین بار نشانه هایی از ظهور چنین سیاهچاله های جوانی را در روزهای پس از کریسمس مشاهده کردند، به اضافه کاری رفتند.
می‌گوید: «تأثیرگذار است که تعداد آنها چقدر است جیهان کارتالتپهستاره شناس در موسسه فناوری روچستر، طی بحثی در مورد Slack.
کوتسفسکی پاسخ داد: «هیولاهای کوچک پنهان زیادی.
تصویر: ساموئل ولاسکو/مجله کوانتا
گروهی از هیولاها
در طیف CEERS، چندین کهکشان بلافاصله به عنوان پناهگاه سیاهچاله های کوچک – هیولاهای کوچک – به بیرون پریدند. این کهکشان‌ها برخلاف خواهر و برادرهای وانیلی خود، نوری را ساطع می‌کردند که تنها با یک سایه روشن برای هیدروژن نمی‌رسید. در عوض، خط هیدروژن تار یا در طیفی از رنگ‌ها گسترش یافته بود، که نشان می‌دهد برخی از امواج نور با شتاب گرفتن ابرهای گازی در مدار به سمت JWST له شده‌اند (همانطور که آمبولانسی که نزدیک می‌شود با فشرده شدن امواج صوتی آژیر، ناله‌ای بلند را منتشر می‌کند). برخی دیگر، امواج در حالی که ابرها دور می شدند، کشیده بودند. کوتسفسکی و همکارانش می‌دانستند که سیاهچالهها تقریباً تنها جسمی هستند که قادر به پرتاب هیدروژن به این روش هستند.
کوتزوسکی می‌گوید: «تنها راه برای دیدن اجزای وسیع گازی که به دور سیاهچاله می‌چرخد، این است که مستقیماً به پایین کهکشان و مستقیماً به درون سیاهچاله نگاه کنید.»
در پایان ژانویه، تیم CEERS توانست پیش‌چاپی را تهیه کند که در آن دو تا از «هیولاهای کوچک پنهان» که آنها را می‌نامیدند، توصیف کند. سپس این گروه شروع به بررسی سیستماتیک طیف وسیع تری از صدها کهکشان جمع آوری شده توسط برنامه خود کردند تا ببینند چه تعداد سیاهچاله در آنجا وجود دارد. اما آنها تنها چند هفته بعد توسط تیم دیگری به رهبری یویچی هاریکانه از دانشگاه توکیو دستگیر شدند. گروه هاریکان ۱۸۵ تا از دورترین کهکشان های CEERS و 10 پیدا شد با خطوط گسترده هیدروژن – عملکرد احتمالی سیاهچاله های مرکزی با میلیون ها جرم خورشیدی در جابجایی های قرمز بین 4 و 7. سپس در ژوئن، تجزیه و تحلیل دو مطالعه دیگر به رهبری یوریت ماتی از مؤسسه فناوری فدرال سوئیس در زوریخ، 20 نفر دیگر را شناسایی کرد.نقاط قرمز کوچکبا خطوط گسترده هیدروژنی: سیاهچالهها در حال حرکت در اطراف انتقال قرمز 5. تجزیه و تحلیل در اوایل مرداد منتشر شد ده ها مورد دیگر را اعلام کرد که برخی از آنها حتی ممکن است از طریق ادغام در حال رشد باشند.
